ФИЗИКА 20 1 0
DESCRIPTION
Понедељак , 25 Октобар , 2010. ФИЗИКА 20 1 0. Рад Кинетичка енергија Потенцијална енергија Конзервативне силе и потенцијална енергија Неконзервативне силе. Отворени системи Закон одржања енергије Снага Енергетика Рад, енергија и снага људи. Ефикасност Импулс. Закон одржања импулса - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
25 Октобар 2010 Физика 2010 1
ФИЗИКА 2010Понедељак, 25 Октобар, 2010
1. Рад2. Кинетичка енергија3. Потенцијална енергија
1. Конзервативне силе и потенцијална енергија2. Неконзервативне силе. Отворени системи
4. Закон одржања енергије5. Снага
1. Енергетика2. Рад, енергија и снага људи. Ефикасност
6. Импулс. Закон одржања импулса1. Импулс и други Њутнов закон2. Закон одржања импулса
25 Октобар 2010 Физика 2010 2
Рад
• Свакодневни појам – нешто је тешко урадити• У физици – пренос енергије са тела на тело
или прелазак енергије из једног облика у други.
• Да би био извршен рад - мора да постоји сила.
25 Октобар 2010 Физика 2010 3
Рад константне силе над системом = F d cos
25 Октобар 2010 Физика 2010 4
Рад константне силе над системом = F d cos
• Када стојимо рад је нула, али се умарамо држећи терет. Зашто?
• Мишићи се контрахују и опуштају.
25 Октобар 2010 Физика 2010 5
• Када се крећемо по хоризонтали рад је опет нула јер нема промене висине у пољу Земљине теже.
• Угао између силе и помераја је прав па је косинус једнак нули.
25 Октобар 2010 Физика 2010 6
Промена енергије тела услед извршеног рада и обрнуто
25 Октобар 2010 Физика 2010 7
Још о раду
• Скаларна величина
• Ако на тело делује више сила, укупан рад је једнак алгебарском збиру рада извршеног појединачним силама
Јединица за рад
SI Џул(joule) (J=N m)
25 Октобар 2010 Физика 2010 8
Кинетичка енергија• Шта се дешава када се
изврши рад над системом?• Предаје му се нека
енергија.• Зависи од ситуације
– Ако тело наставља при том да се креће константном брзином – енергија се троши на кретање и савладавање силе трења - косачица.
– Кофер при подизању добија енергију која може да се користи за вршење рада - потенцијална
25 Октобар 2010 Физика 2010 9
Рад константне силе
25 Октобар 2010 Физика 2010 10
Рад силе која није константна
25 Октобар 2010 Физика 2010 11
Рад константне силе
• 1димензија,– тело је било у x0 и имало брзину vo
• сила дуж брзине тела – убрзава га додатно• рад на померању од x0 до x где је d = x-x0
A=Fd• 2. Њутнов закон
ma=FA=m a d
25 Октобар 2010 Физика 2010 12
Рад константне силе и кинетичка енергија
• формула из кинематикеv2=v0
2+2ad
a=(v2-v02)/(2d)
• Замена у израз за радA=md(v2-v0
2)/(2d)
• Након сређивањаA=mv2/2-mv0
2/2
• Теорема о раду и енергијиТеорема о раду и енергији – извршени рад једнак је промени величине mv2/2 (кинетичка енергија тела=Еk) – енергија коју има тело услед кретања.
25 Октобар 2010 Физика 2010 13
Гравитациона потенцијална енергија• mg = -mg ey
• d=(yf - yi) ey
• Ag=Fd=Fdcos
• Ag= -mg ey(yf - yi) ey= mgyi - mgyf
• Ep = mgy – гравитациона потенцијална енергија
• коцки је расла брзина, тиме и кинетичка енергија – док јој се потенцијална смањивала
Ag = Epi - Epf =-(Epf - Epi )
Ag = -Ep
ey
25 Октобар 2010 Физика 2010 14
Потенцијална енергија еластичних деформација
• Хуков закон• F=kl=kx
25 Октобар 2010 Физика 2010 15
Потенцијална енергија еластичних деформација
• Сила линеарно расте од 0 до kx
• Средња вредност силе је• F=kx/2• Рад је (површина троугла на
слици)A=Fd=kx/2 x = kx2/2
• Рад је прешао у потенцијалну енергију деформисане опруге
Ep= kx2/2
25 Октобар 2010 Физика 2010 16
Конзервативне силе и потенцијална енергија
• Рад извшен над опругом је једнак разлици потенцијалних енергија
• Ако се опруга истегне од xi до xf, рад над њом је
Ep= kx2/2
25 Октобар 2010 Физика 2010 17
Конзервативне силе и потенцијална енергија
• Деформисање опруге изазива у њој појаву еластичних сила – супротно усмерених онима које деформишу опругу.
• Ако је била растегнута, њен рад, при релаксирању до равнотежног положаја
• Ова рад је једнак негативном прираштају потенцијалне енергије
25 Октобар 2010 Физика 2010 18
Конзервативне силе и потенцијална енергија
• И рад гравитационе и еластичне силе зависи само од крајње и почетне тачке путање - а не и од начина како се дошло од једне до друге.
• Силе са том особином се називају конзервативне.• Када се поклопе почетна и крајња тачка - рад је 0.
• Теорема о раду и енергији за конзервативне силе (A=Ac)
25 Октобар 2010 Физика 2010 19
Конзервативне силе и потенцијална енергија
• Рад се врши на рачун нагомилане потенцијалне
25 Октобар 2010 Физика 2010 20
Конзервативне силе и потенцијална енергија
• Закон одржања енергије – за случај када на систем делују само конзервативне силе - збир кинетичке и потенцијалне енергије у систему је константан.
• Такав систем се назива затворен. • (Јер му се укупна енергија не мења са временом)
• Рад се врши на рачун нагомилане потенцијалне
• Почетни и крајњи тренутак су произвољни
25 Октобар 2010 Физика 2010 21
Неконзервативне силе. Отворени системи
• Конзервативне силе. – Рад не зависи од облика путање– Механичка енергија се одржава - конзервише– Системи су затворени.
• Друга класа сила су неконзервативне. – Рад зависи од облика путање– Механичка енергија се не одржава– Системи су отворени.
25 Октобар 2010 Физика 2010 22
Неконзервативне силе. Отворени системи
25 Октобар 2010 Физика 2010 23
Неконзервативне силе. Отворени системи
• При раду неконзервативних сила систему се или додаје или одузима енергија
• При трењу се загрева површина - кинетичка енергија прелази у топлоту која напушта систем.
• Аутомобил који кочи - потребно је да изгуби механичку енергију да би се зауставио.
25 Октобар 2010 Физика 2010 24
25 Октобар 2010 Физика 2010 25
Неконзервативне силе. Теорема о раду и енергији
• Кад постоје и неконзервативне силе, укупна механичка енергија се мења за износ рада управо тих сила
• Кад постоје и неконзервативне силе рад је збир.
25 Октобар 2010 Физика 2010 26
Закон одржања енергије
• Општа форма закона одржања енергије
• Укупна енергија је константна у сваком процесу. Она може да мења облик и да прелази из система у систем, али у целини остаје једнака током времена.
• Er – остале форме енергије (авион – кинетичка услед кретања, потенцијална јер је на некој висини, неконз. сила отпора вадуха, “остале” форме – топлота која се ослобађа при сагоревању керозина )
25 Октобар 2010 Физика 2010 27
25 Октобар 2010 Физика 2010 28
Снага
• СИ јединица - Ват
• снага – снажан човек, мотор, ...• снажни мотори за краће време убрзају ауто до
жељене брзине и за то троше више енергије у јединици времена.
• Снага – брзина вршења рада
1 KS=746 WСијалица од 60 W троши 60 J сваке секунде
25 Октобар 2010 Физика 2010 29
Снага
25 Октобар 2010 Физика 2010 30
Снага
• До Земље долази са Сунца 1,2 kW/m2.• Ефикасност при преласку енергије из једног облика
у други никад није 100%• Сијалица са ужареном нити
– Од 60 W, само 5W је светлосна енергија– Остатак је ...?
• Електрана– конвертује 35-40% горива у електричну енергију– Остатак ?
25 Октобар 2010 Физика 2010 31
Потрошња електричне енергије
• На рачунима је утрошена (електрична) енергија у kWh.
• Ако су познате снаге уређаја у домаћинству Р• Утрошена енергија је
25 Октобар 2010 Физика 2010 32
Рад, енергија и снага људи
• у људском организму се одвијају трансфери енергија из једног облика у друге
• храном унета енергија иде на– рад, топлотну и хемијску енергију (гомила се у масним наслагама)– око 5% хране бива неискоришћено и избацује се из организма.
• Рад људског тела – користан рад –
• на другим телиме – померање. • Промена положаја нашег тела
– унутрашњи рад – рад органа (срца, желуца, плућа, бубрега, ..)
25 Октобар 2010 Физика 2010 33
Силе којима делујемо су неконзервативне - мењају укупну механичку енергију тела
25 Октобар 2010 Физика 2010 34
Ефикасност
• подели се временом и добија се однос добијене и унете снаге
• Енергетска ефикасност: однос извршеног корисног рада и унете енергије
• извршени рад – форма енергије – енергија добијена на основу хране-енергије унете у тело
25 Октобар 2010 Физика 2010 35
25 Октобар 2010 Физика 2010 36
Ефикасност људског тела
• последица ефикасности мишића у конвертовању енергије добијене храном у користан рад– сам мишић: 25-30%– реално је мања јер функционише у склопу тела
• Храна спада у “остале” врсте енергије• приликом варења прелази у друге облике• Троши се и кисеоник па се потрошња енергије при
активностима може везати и за потрошњу кисеоника
25 Октобар 2010 Физика 2010 37
25 Октобар 2010 Физика 2010 38
Утрошак енергије у људском телу
• све активности организма захтевају енергију– при спавању – активности мишића срца,
дигестивног тракта, плућа, ...– бубрези и јетра, ....– око 25% унете енергије се троши на одржавање
електричног потенцијала у ћелијама
25 Октобар 2010 Физика 2010 39
Импулс
• Ова форма је општија од раније јер обухвата и случај кретања тела променљиве масе
• Импулс (количина кретања) и 2. Њутнов закон
25 Октобар 2010 Физика 2010 40
Закон одржања импулса
• Импулс силе је једнак промени импулса тела
• ефекат деловања силе на неко тело зависи и од њеног интензитета (и правца и смера) и од тога колико дуго делује на тело.
25 Октобар 2010 Физика 2010 41
другом камиону се смањи брзина а првом повећа
други камион се креће брже од првог, сустиже га и удара
25 Октобар 2010 Физика 2010 42
• промене импулса првог и другог камиона су
• Укупан импулс затвореног система се не мења са временом
• 3. Њутнов закон
• закон одржања импулса
25 Октобар 2010 Физика 2010 43
Одржање момента импулсаВећи Iмања
мањи Iвећа
мањи Iвећа
constI